起重機回轉機構工作特性與故障模式分析

趙志通

（河北保定徐水巨力索具股份有限公司起重機技術部,河北 保定 072550）

隨著起重機技術的發展，大型化、復雜化趨勢明顯，起重機一旦發生故障可能會造成重大事故，帶來人員傷亡或巨大經濟損失。尤其是起重機回轉機構，承載大，啟停頻繁，再加上老化、磨損等因素，機械性能不斷退化，運行可靠性逐漸降低，設備故障率不斷提高。因此，及時掌握設備各部件的健康狀態，盡早發現故障預兆并采取合理措施排除是非常必要的。

1 起重機回轉機構的組成

起重機回轉機構是實現吊臂旋轉作業的執行機構，包括回轉驅動、回轉支撐及轉臺三部分。其中轉臺是起重機的承載部件，與回轉支撐通過螺栓連接，回轉支撐安裝在起重機的對接座圈上。轉臺機構一般是整體式焊接，主要組成部分有四個：主體結構、連接支架、底板座圈以及尾箱。吊臂承受的所有載荷通過回轉支撐傳到底盤上。所以，轉臺的結構剛度、回轉支撐的強度和各部件的連接強度等都會影響整個回轉機構的運行穩定性和可靠性。目前國內外起重機采用最廣泛的回轉支撐形式是滾動軸承式回轉支撐，其突出優點是結構緊湊、密封與潤滑良好，裝配維修簡單，軸向間隙很小、技術成熟、工作平穩、使用壽命長等，因而應用廣泛，各式起重機諸如汽車式、輪胎式與履帶式起重機，再如大型的門座、塔機起重機等都采用滾動軸承式回轉支撐。滾動軸承一般由內圈、外圈和滾動體等構成，對密封性和潤滑要求較高。這種回轉支撐要承受包括自重在內的全部吊裝載荷，因此非常關鍵。軸承內圈通常帶有內齒，與下車車架螺栓連接，軸承外圈與轉臺底部螺栓連接。帶有減速器的回轉驅動安裝在轉臺上，回轉驅動與回轉支撐通過齒輪嚙合帶動上車轉動完成起重機的回轉。

常見的起重機回轉驅動有兩種：液壓型驅動和電機型驅動。其組成及工作原理各不相同。液壓型驅動是通過高壓液壓油帶動液壓馬達運轉。液壓馬達又有低速高速之分。高速馬達一般配合減速機使用；低速大扭矩馬達可直接驅動最后一級齒輪實現起重機的回轉動作。進行回轉動作時，油泵吸取液壓油并加壓，通過管路、閥門等傳輸給液壓馬達，液壓馬達再驅動減速機回轉進而驅動回轉支撐內圈轉動，帶動整個上車部分回轉。

電機型驅動是由電動機、減速器、聯軸器等組成，最后一級齒輪與回轉支撐內齒圈嚙合驅動回轉機構轉動。常見的電機型驅動有以下四種：臥式電動機搭配渦輪減速器，該配置結構緊湊，工作平穩，但傳動效率較低；臥式電動機搭配標準的圓柱圓錐齒輪減速器，這種搭配結構傳動效率高，但尺寸較大；立式電動機搭配行星減速器，這種搭配很緊湊，傳動比也足夠大，值得繼續開發和推廣；立式電動機搭配立式減速器，這種搭配結構較緊湊，傳動效率高，是目前應用廣泛的驅動方案。

2 起重機回轉機構工作特性

由于起重機的工作需要，其回轉機構是啟停最頻繁的部件，同時回轉載荷很大，既要克服自重和吊重等的慣性載荷，又要克服各種摩擦力矩和風阻等載荷，在回轉載荷中各部分慣性載荷以及風阻載荷占了相當大的比例。由于起重臂越來越長，起重機所承受的慣性載荷和風阻也都相應增加，造成回轉操控很不穩定。大量的起重機運行數據統計顯示，回轉機構在啟停以及其他動作執行過程中沖擊載荷很大，起重機很多部件因此而損壞造成故障。

起重機回轉機構無論采用調頻或調壓的方式來控制驅動電機，只是在一定限度內降低回轉沖擊載荷，起到保護起重機回轉機構的作用，不可能從根本上完全消除，這是回轉機構的工作特性決定的。基于這一特性以及起重機在安全性、可靠性和穩定性等方面的特殊要求，其回轉機構工作特性要滿足以下幾點：

（1）回轉機構的自重盡量降低，尺寸盡量要小，減小自身載荷、體積對起重機整體的影響。

（2）回轉機構的設計可靠性要高，即故障率要低，要保證使用壽命。

（3）傳動效率要高。

（4）工作過程中要驅動、制動可靠，定位準確，停機時可以取消制動使其自由轉動，盡量避免附加載荷的產生。

（5）回轉機構在驅動、制動、變速等過程中，回轉動作要平穩，啟停慣性載荷要小盡量減小回轉沖擊載荷。

（6）回轉機構的調速性能要良好，可在重載、輕載等不同載荷下以不同速度回轉。

3 回轉機構故障模式分析

起重機的工作環境一般比較惡劣，機械零部件由于受到多種因素如疲勞、腐蝕、磨損等的影響，結構形狀變形，技術性能退化，可靠性降低，故障率提高。回轉機構零部件常見的故障有：回轉驅動力不足或缺失、回轉振動與沖擊、回轉噪音等，常見零部件的故障情況見表1。如果回轉機構出現故障必須及時修理，否則會使起重機喪失部分功能，影響起重機的正常工作，嚴重的可能會威脅到人員生命和財產安全等。

回轉機構零件故障

4 結論

預先了解回轉機構中存在的危險因素是預防故障發生的前提，從而有效的預防故障發生，保證起重機回轉機構安全、正常的工作。本文對起重機回轉機構的組成及工作特性進行了詳細論述，并對回轉機構及各零部件的常見故障進行了分析，為起重機回轉機構有效安全運行提供了有益參考。

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